大功率微波反應(yīng)器和微波連續(xù)壓力反應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大功率微波反應(yīng)器和包括該大功率微波反應(yīng)器的微波連續(xù)壓力反應(yīng)系統(tǒng)。適用于無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、石油化學(xué)、食品科學(xué)、軍事化學(xué)、材料學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)催化有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)過程和溶劑萃取過程。也包括水熱壓反應(yīng)，氣固液相反應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微波化學(xué)自從上世紀(jì)八十年代末在世界范圍內(nèi)作為邊緣科學(xué)新興以來，在化學(xué)等各個(gè)行業(yè)中得到了迅猛發(fā)展。目前科研、生產(chǎn)都對(duì)微波化學(xué)反應(yīng)裝置有著更高的實(shí)用性需求，如何讓高效、節(jié)能、環(huán)保的微波化學(xué)反應(yīng)裝置符合各個(gè)行業(yè)不同的生產(chǎn)型需求，在反應(yīng)壓力、工作功率、溫度控制等方面都對(duì)傳統(tǒng)的微波化學(xué)反應(yīng)裝置提出了新的挑戰(zhàn)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)及存在不足之處:
[0004]1、采用微波導(dǎo)入的反應(yīng)釜的方法，由于微波穿透深度有限，不能的充分體現(xiàn)微波的催化促進(jìn)作用；
[0005]2、簡(jiǎn)單的管式反應(yīng)器，往往不能承受一定的工作壓力，特別不能承受較高溫度下的工作壓力。
[0006]3、過去的管式反應(yīng)器，管徑范圍小，流量小，完全不適合在工業(yè)化反應(yīng)中使用。
[0007]4、間隙式的反應(yīng)釜或反應(yīng)罐或反應(yīng)管，批間反應(yīng)結(jié)果差異大，反應(yīng)體積小，阻礙了其工業(yè)化應(yīng)用。
[0008]5、過去的反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)體系的工作壓力和微波源輸出的微波功率不能同時(shí)連續(xù)調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述不足之處提供一種微波管式壓力反應(yīng)器，是一種微波輸出功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，工作壓力0-5.0MPa的管式反應(yīng)器。其特點(diǎn)是由包含單根或多根直管或盤管或列管的微波腔體、可調(diào)功率的微波源、溫度壓力流量等控制系統(tǒng)、物料混合輸送系統(tǒng)組成。以微波能應(yīng)用于生產(chǎn)、科研型的化學(xué)反應(yīng)裝置。適用于無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、石油化學(xué)、食品科學(xué)、軍事化學(xué)、材料學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)催化有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)過程和溶劑萃取過程。也包括水熱壓反應(yīng)，氣固液相反應(yīng)，充分發(fā)揮微波的熱和非熱效應(yīng)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的收率，縮短反應(yīng)時(shí)間。
[0010]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的大功率微波反應(yīng)器，包括微波發(fā)生器、波導(dǎo)、蛇形波導(dǎo)、反應(yīng)腔體和反應(yīng)管，所述微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)再傳導(dǎo)至所述蛇形波導(dǎo)，所述蛇形波導(dǎo)沿著所述反應(yīng)腔體的表面貼合延伸設(shè)置，所述蛇形波導(dǎo)與所述反應(yīng)腔體表面接觸處設(shè)置有微波透射窗，所述反應(yīng)管貫穿所述的反應(yīng)腔體。通過蛇形波導(dǎo)在反應(yīng)腔體表面的延伸，使得在反應(yīng)腔體的一個(gè)以上的表面很大的面積上均可以通過微波透射窗吸收微波，避免了普通微波反應(yīng)器微波透射深度不夠深，不均勻的問題。
[0011]進(jìn)一步地，還包括水負(fù)載，所述水負(fù)載設(shè)置于所述波導(dǎo)上。通過設(shè)置水負(fù)載，防止當(dāng)反應(yīng)管中未通入物料時(shí)微波發(fā)生器工作燒壞微波發(fā)生器。
[0012]進(jìn)一步地，還包括調(diào)諧螺釘，所述調(diào)諧螺釘設(shè)置于所述波導(dǎo)上。通過調(diào)諧螺釘可以使微波在反應(yīng)腔內(nèi)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。
[0013]進(jìn)一步地，蛇形波導(dǎo)沿著所述反應(yīng)腔體的上表面貼合延伸。設(shè)置在上表面便于波導(dǎo)管的檢修和維護(hù)，也給反應(yīng)管穿過反應(yīng)腔體留下了空間。
[0014]進(jìn)一步地，還包括截止波導(dǎo)，所述截止波導(dǎo)設(shè)置于所述反應(yīng)管與反應(yīng)腔體接觸處。因?yàn)榉磻?yīng)管為透微波的材料，如果不設(shè)置截止波導(dǎo)，在反應(yīng)管穿過反應(yīng)腔體處，微波會(huì)通過透微波的反應(yīng)管泄露出反應(yīng)腔體，在此截止波導(dǎo)可以防止微波泄露。
[0015]進(jìn)一步地，所述蛇形波導(dǎo)與所述反應(yīng)腔體的表面接觸處的延伸方向垂直于所述反應(yīng)管。延伸方向大致垂直于反應(yīng)管可以使得每根反應(yīng)管接收的微波更加均勻均勻，如果延伸方向平行于反應(yīng)管，則不同反應(yīng)管距離波導(dǎo)的距離差異會(huì)較大，導(dǎo)致微波輻射的不均勻。
[0016]進(jìn)一步地，所述的反應(yīng)管為直形、U形狀、螺旋形或雙螺旋形管，所述的反應(yīng)管為透微波的高分子材料、復(fù)合工程材料、玻璃材料或上述材料中的多種材料復(fù)合體制反應(yīng)管，所述反應(yīng)管直徑I?200mm，工作壓力O?3MPa。
[0017]進(jìn)一步地，所述的反應(yīng)管數(shù)量為三根，三根所述反應(yīng)管平行排列，水平穿過所述反應(yīng)腔體。
[0018]本發(fā)明還包括包含上述任一大功率微波反應(yīng)器的微波反應(yīng)系統(tǒng)。
[0019]進(jìn)一步地，還包括反應(yīng)物料混合輸入輸出系統(tǒng)和反應(yīng)條件控制系統(tǒng)，所述反應(yīng)物料混合輸入輸出系統(tǒng)包括第一物料管、第二物料管、物料泵、第一閥門、第二閥門、第一物料罐、第二物料罐和控制連接線，所述反應(yīng)條件控制系統(tǒng)包括反應(yīng)條件控制器、信號(hào)輸入輸出線路、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一安全閥和第二安全閥，所述第一物料管連接至物料泵，所述物料泵的出口一路連接至第一閥門、再通過第一閥門連接至第一物料罐，所述物料泵的出口另一路連接至所述第一安全閥，所述第一安全閥聯(lián)通至所述反應(yīng)管的入口，所述反應(yīng)管的入口處設(shè)置有第一溫度傳感器和第一壓力傳感器；所述反應(yīng)管的出口連接至第二安全閥，所述反應(yīng)管的出口處設(shè)置有第二溫度傳感器和第二壓力傳感器，所述第二安全閥的出口一路聯(lián)通至第二閥門、第二閥門再聯(lián)通至第二物料罐，所述第二安全閥的出口另一路聯(lián)通至第二物料管；所述反應(yīng)條件控制器通過信號(hào)輸入與輸出線路分別與微波發(fā)生器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第一閥門、第二閥門和進(jìn)料泵相連接。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:本發(fā)明的管式反應(yīng)器中，反應(yīng)管之間可以有間隙，利于微波的諧振和穿透管壁到達(dá)反應(yīng)介質(zhì)，在管式反應(yīng)器中，反應(yīng)物料可以連續(xù)流過微波場(chǎng)，微波能有效穿透反應(yīng)介質(zhì)，從而催化、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)，本發(fā)明的反應(yīng)器等保持反應(yīng)管內(nèi)的一定的壓力，特別有利于很多種類的反應(yīng)，比如可壓縮氣體和低沸點(diǎn)液體參與的反應(yīng)，另一方面，反應(yīng)溫度可以從低溫到高溫，滿足了多種反應(yīng)條件的需要。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的微波反應(yīng)系統(tǒng)；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的微波反應(yīng)器立體圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的微波反應(yīng)器側(cè)視圖；
[0024]圖4為本發(fā)明所述的微波反應(yīng)器俯視圖；
[0025]圖5為本發(fā)明所述的微波反應(yīng)器正視圖；
[0026]圖6為本發(fā)明所述的微波反應(yīng)器另一種設(shè)置方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]本發(fā)明微波管式壓力反應(yīng)器是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:微波管式壓力反應(yīng)器包括微波源、包含單根或多根直管或盤管或列管的微波腔體、溫度壓力流速流量等反應(yīng)條件控制器、物料混合輸入輸出系統(tǒng)。
[0030]所述的微波源采用2450MHz或915MHz的微波磁控管，可以采用單個(gè)或多個(gè)磁控管，可以采用矩形波導(dǎo)或蛇形波導(dǎo)于微波腔體連接，微波功率輸出可手動(dòng)或由反應(yīng)條件控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)，功率輸出范圍O?50KW。
[0031]所述的管有直形，U形，螺旋形，雙螺旋形，管間連接有串聯(lián)或并聯(lián)，管子的材質(zhì)選用能透過微波的高分子材料、復(fù)合工程塑料、玻璃材料，這里的高分子材料包括PP、PTFE,PTA, PEEK等高分子材料，這里的復(fù)合工程塑料包括玻纖增強(qiáng)、碳纖維增強(qiáng)高分子材料等能透過微波的工程塑料、玻璃材料包括石英玻璃、硼玻璃、硬質(zhì)玻璃等能透過微波的玻璃材料。管子也可以上述材料中一直或多種材料的復(fù)合體，如內(nèi)襯PFA的石英玻璃管，內(nèi)襯PTFE的PEEK管。
[0032]本發(fā)明管式反應(yīng)器的管內(nèi)徑可以從Imm到200mm，最好5mm-100mm，反應(yīng)壓力0-3MPa，最好 0.l-2MPa，流速 0-100L/min，最好是 0.l-50L/min,反應(yīng)溫度 _100-+350°C，最好0-300°C，體系pH范圍0-14，最好1-13。
[0033]反應(yīng)管的具體形式和數(shù)量可以根據(jù)需要選取，比如如圖6所示的單根反應(yīng)管多次穿入反應(yīng)腔的S型反應(yīng)管。
[0034]所述的微波腔體包括上述的單管或組合管、管之間可以添加不吸收微波的泡沫陶瓷用于保溫、腔體上有門、連接波導(dǎo)、連接管子輸出輸出的接口、溫度和視頻信號(hào)接口等。腔體可以是長(zhǎng)方體型、正方體型、圓柱體型。
[0035]所述的反應(yīng)條件控制器包括與微波源相連接的信號(hào)輸入輸出線路、與溫度、壓力、流量、PH值等傳感器和控制閥相連的輸入輸出線路，有機(jī)遇上述所有輸入輸出信號(hào)的微機(jī)處理器。上述的監(jiān)測(cè)傳感器分別安裝于物料的輸入輸出管路上，接觸式溫度傳感器盡量靠近微波腔體，非接觸式溫度傳感器和視頻監(jiān)控可以連接在腔體上。在管路上還裝有安全閥、取樣口。
[0036]所述的物料混口輸入輸出系統(tǒng)，可以包括配料釜、混合泵、增壓泵、增壓氣體接口、流量和壓力調(diào)節(jié)閥、冷凝器、接收罐等。
[0037]本